新型可降解的HPEI-YS靶向基因疫苗载体用于肿瘤免疫基因治疗的实验研究

Developing novel DNA vaccine delivery system is an interesting topic in the field of immune gene therapy, which is one of the reseach focuses of cancer research. β-glucan can target antigen presentation cells (APCs) via its receptor: Dectin-1, and can also strengthen the immune system. In recent work, we conjugated low-molecular weight polyethyleneimine (PEI) by heparin, creating a novel hearpin-PEI (HPEI) non-viral gene carrier with degrability, low cytotoxity and high transfection efficiency (Gou ML, et al. ACS Nano 2010;IF=9.85). We also prepared yeast shell (YS) with main components of β-glucan by chemical extraction of yeast, and used YS to encapsulate HPEI, designing a novel biodegradable HPEI-YS DNA vaccine delivery system with capacity to target APCs. Now, we have prepared HPEI-YS, and found that HPEI-YS mediated model cancer DNA vaccine can significantly inhibit the growth of cancer in vivo. In future work, we will deeply study the effect and machanism of HPEI-YS enhancing therapeutic effects of cancer DNA vaccine, with the goal of finding new method to enhance the therapuetic effect of cancer DNA vaccine and providing new idea for designing novel cancer DNA vaccine delivery systems.

免疫基因治疗是当前肿瘤研究领域的研究热点，发展新型基因疫苗载体是肿瘤免疫基因治疗研究的重要课题。β-葡聚糖可通过Detin-1受体靶向抗原呈递细胞，还具有免疫增强作用。前期研究中，我们采用肝素偶联小分子量聚乙烯亚胺（PEI），首次设计、制备了一种可降解、毒性低、转染效率高的新型肝素-PEI（HPEI）非病毒基因载体(Gou ML,et al.ACS Nano 2010;IF=9.85)。进一步，我们通过化学法处理酵母提取了主要成分为β-葡聚糖的囊状酵母壳（YS），然后采用YS包裹HPEI，设计了一种新型可降解HPEI-YS靶向基因疫苗传输载体。目前，我们已制备了HPEI-YS载体，初步实验发现HPEI-YS介导的模式肿瘤基因疫苗能显著抑制肿瘤生长。下一步，我们将深入研究HPEI-YS增强肿瘤基因疫苗疗效的作用及机理，以探索增强肿瘤基因疫苗疗效的新方法，为设计新型肿瘤基因疫苗载体提供新思路。

基因治疗为肿瘤治疗提供了新手段，缺乏安全、有效的基因导入系统是基因治疗面临的难题，提高靶向性是发展新型基因导入系统的关键。本课题构建了一种可靶向树突状细胞（DCs）的新型基因导入系统并探索了其用于肿瘤免疫基因治疗的作用及机制。研究中，我们针对常用的PEI25K不可降解且毒性大的问题，通过肝素偶联小分子量聚乙烯亚按（PEI）获得了一种肝素-PEI纳米粒(HPEI)，其细胞毒性较低，可有效结合质粒DNA并实现对多种细胞的高效转染，经静脉注射后可降解并从肾脏代谢出体外，是一种可降解、毒性低的新型非病毒基因载体，但对DCs的靶向性有待提高。同时，我们通过化学法处理酵母获得了酵母壳微囊，其粒度均匀，形貌均一，主要成分为β -葡聚糖，可被专职抗原递呈细胞-树突状细胞有效识别和摄取，是一种DCs靶向载体。进一步，我们建立了采用酵母壳微囊包裹HPEI的方法，通过酵母壳的包裹以赋予HPEI对DCs的靶向性，获得了一种可靶向DCs的基因导入系统，并采用其介导模式抗原OVA质粒，发现该导入系统具有增强肿瘤免疫基因治疗的作用。进一步，我们构建了编码Survivin-T34A基因的质粒DNA，发现酵母壳包裹的HPEI介导的Survivin-T34A基因疫苗可在体内有效激发出特异性CTL效应，从而有效抑制肺癌的生长，且未引起明显毒副作用。进一步实验研究表明酵母壳增强免疫反应的机制主要表现在提高DCs对抗原的摄取，有效促进DCs成熟及分泌IL-12等免疫增强共刺激因子，从而增强抗原递呈，激发出特异性抗肿瘤免疫反应，特别是细胞免疫反应，达到有效抑制肿瘤的效果。同时，实验研究发现将Survivin-T34A基因直接导入到肿瘤细胞还可在体内外通过诱导肿瘤细胞凋亡有效抑制肿瘤细胞生长。本研究提供了构建基于酵母壳和HPEI的新型基因导入系统的方法，揭示了该导入系统在增强免疫基因治疗方面的潜在应用，为肿瘤免疫基因治疗研究提供了新思路。同时，我们围绕提高肿瘤治疗效果这一目标，还探索了多种微纳米药物、基因载体的构建方法及用于肿瘤治疗的作用和机理，取得了较好的研究结果。. 课题实施过程中，我们取得了多项研究结果，发表标注基金号的SCI论文8篇，获得授权发明专利1项，新申请发明专利1项，1名博士研究生和2名硕士研究生获得学位，课题负责人获得国家自然科学基金委优秀青年基金资助，达到了预期研究结果。